可配置无线发射系统（GSM/TDSCDMA/WCDMA）中的低功耗数模转换器和滤波器的研究与实现

论文摘要

在当今的无线通信市场中,对能支持多个标准的便携式通信终端的需求正迅速增长。这促使了在最先进的工艺中实现单片多标准无线收发系统成为当今重要的研究课题之一。因此,可配置是无线通信系统中基带和射频模块设计的关键。在单片无线收发系统中另一个重要的要求就是要使功耗和面积最小化。选择一种合适的系统架构是同时优化这两个指标的关键,选择较低的电源电压也是降低功耗的重要手段。但是,低电源电压会直接限制模拟电路的输出动态范围以及线性度。事实上,在1.2V电源电压下来实现可配置无线收发系统中的高动态范围高线性度的模拟模块仍然是一个巨大的挑战。本文的研究任务是在0.13-μm CMOS工艺1.2V电源电压下实现一款应用于多模（GSM/TDSCDMA/WCDMA）无线发射系统中的可配置数模转换器（DAC）和低通成形滤波器（LPF）模块。基于这个目的,本文进行了一系列的理论研究和电路设计工作。在完成设计任务的基础上,论文在理论方面的主要贡献主要有以下两点：（1）研究了电流源随机匹配误差对数模转换器积分非线性（INL）的影响,对于给定INL良率提出了一个比以往文献中更宽松的约束,从而大大减小芯片的面积。（2）指出在差分输出和单端输出情况中电流源输出阻抗对数模转换器积分非线性和无杂散动态范围的影响有巨大的区别,对其建立模型并给出解析的结果。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 论文结构
• 参考文献
• 第二章 数模转换器（DAC）概述
• 2.1 DAC功能定义
• 2.2 DAC性能参数
• 2.2.1 理想DAC的传输曲线
• 2.2.2 失调误差和增益误差
• 2.2.3 积分非线性和差分非线性
• 2.2.4 精度
• 2.2.5 单调性
• 2.2.6 输出毛刺
• 2.2.7 建立时间和采样速率
• 2.2.8 总谐波失真
• 2.2.9 信噪比、信噪失真比和无杂散动态范围
• 2.3 DAC主要类型
• 2.3.1 电阻分压型DAC
• 2.3.2 开关电容型DAC
• 2.3.3 电流驱动型DAC
• 2.3.4 过采样型DAC
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 模拟有源滤波器概述
• 3.1 模拟有源滤波器的分类
• 3.2 连续时间模拟滤波器
• 3.2.1 积分器的分类
• 3.2.2 积分器的非理想因素
• 3.3 滤波器的函数实现
• 3.4 滤波器的综合方法
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基带模拟模块（DAC+LPF）的指标
• 4.1 DAC+LPF性能指标
• 4.2 DAC性能指标
• 4.3 LPF性能指标
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 电流驱动型数模转换器（DAC）
• 5.1 单个MOS管的匹配
• 5.2 编码方法及随机误差
• 5.2.1 二进制编码及随机误差
• 5.2.2 温度计编码及随机误差
• 5.2.3 分段编码及随机误差
• 5.2.4 INL良率解析模型
• 5.3 编码方法及电流源匹配要求的确定
• 5.4 电流源输出阻抗
• 5.4.1 电流源输出阻抗与积分非线性的关系
• 5.4.2 电流源输出阻抗与SFDR的关系
• 5.5 电流源及偏置电路
• 5.6 锁存器和时钟驱动
• 5.7 DAC电路仿真
• 5.7.1 静态性能仿真
• 5.7.2 动态性能仿真
• 5.7.3 仿真小结
• 5.8 本章小结
• 参考文献
• 第六章 带宽可配置的低通成形滤波器（LPF）
• 6.1 LPF电路设计
• 6.1.1 LPF架构
• 6.1.2 运算放大器
• 6.2 LPF电路仿真
• 6.2.1 LPF的线性度
• 6.2.2 LPF的输出噪声
• 6.2.3 DAC+LPF的仿真
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第七章 版图、后仿真及测试
• 7.1 DAC版图、后仿和测试
• 7.1.1 DAC版图设计
• 7.1.2 DAC的后仿和测试
• 7.2 LPF版图和后仿
• 7.2.1 LPF版图设计
• 7.2.2 LPF后仿
• 7.3 DAC+LPF版图布局
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 第八章 总结与展望
• 8.1 工作总结
• 8.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢